(57)【要約】【課題】内壁面部材が均一に加熱されず、内壁面部材の加熱にムラが生じることをより好適に防止する基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供する。【解決手段】  プロセスチャンバ内部を加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造で、前記加熱用配管は、前記加熱用ガスが前記加熱される内壁面部材と略同温以上に加熱される加熱済配管と、前記加熱される内壁面部材よりも低温の未加熱配管とを備え、前記未加熱配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記基板加熱機構により前記加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置に配置される。【選択図】図２
2006245491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置であって、
内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、
その内部を加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、を含み、
前記加熱用配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられ、
前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に設けられる部分に前記加熱用ガスが達する前に前記加熱用ガスを前記加熱される内壁面部材と略同温度まで加熱する基板熱処理装置。
【請求項２】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置であって、
内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、
その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、
前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造と、を含み、
前記加熱用配管は、前記加熱用ガスが前記加熱される内壁面部材と略同温以上に加熱される加熱済配管と、前記加熱される内壁面部材よりも低温の未加熱配管とを備え、
前記未加熱配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記基板加熱機構により前記加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置に配置される基板熱処理装置。
【請求項３】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を加熱用ガスにより熱処理する基板熱処理装置であって、
内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、
その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、
前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造と、を含み、
前記加熱配管の前記ガス排出口から加熱用ガスが加熱用配管に供給されるガス導入口へ向かって、前記加熱配管の加熱温度を高くする基板熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つ記載の基板熱処理装置であって、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の少なくとも一つに前記加熱用ガスの温度を検出する温度検出器を備え、
前記温度検出器で検出する温度が加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温以下であるか判定する温度判定装置と、
前記加熱用ガスの温度が前記加熱される内壁面部材と略同温よりも小さいと判定された場合に前記加熱用ガス加熱装置を制御して、前記加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温とする温度制御装置とを含む基板熱処理装置。
【請求項５】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理製造方法であって、
内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、を含む基板熱処理製造装置において、
前記加熱用配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられ、
前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に設けられる部分に前記加熱用ガスが達する前に前記加熱用ガスを前記加熱される内壁面部材と略同温度まで加熱する基板熱処理製造方法。
【請求項６】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理製造方法であって、
内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造とを含む基板熱処理製造装置において、
前記加熱用配管は、前記加熱用ガスが前記加熱される内壁面部材と略同温以上に加熱される加熱済配管と、前記加熱される内壁面部材とよりも低温の未加熱配管とを備え、
前記未加熱配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記基板加熱機構により前記加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置に配置される基板熱処理製造方法。
【請求項７】
プロセスチャンバ内部に設置された基板を加熱用ガスにより熱処理する基板熱処理装置であって、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造とを含む基板熱処理製造装置において、
前記加熱配管の前記ガス排出口から加熱用ガスが加熱用配管に供給されるガス導入口へ向かって、前記加熱配管の加熱温度を高くする基板熱処理製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１つ記載の基板熱処理製造方法であって、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の少なくとも一つの前記加熱用ガスの温度を検出し、
前記温度が加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温以下であるか判定し、
前記加熱用ガスの温度が前記加熱される内壁面部材と略同温よりも小さいと判定された場合に前記加熱用ガス加熱装置を制御して、前記加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温とする基板熱処理製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置および基板熱処理製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＬＳＩなどの半導体デバイスや、ガラス基板上にトランジスタ等の半導体を形成する製造過程において、基板を熱処理することにより活性化、酸化、水素化処理などを行う熱処理工程が設けられる。このような基板の熱処理工程では、石英ガラスの反応管内で複数枚の基板を同時に熱処理するバッチタイプの基板熱処理装置、あるいはランプを用いた光照射によって基板を１枚ずつ加熱する基板熱処理装置、拡散装置を介して加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱する基板熱処理装置が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、内壁面部材に囲まれた内部に基板を収容するプロセスチャンバ内において、拡散装置を介して水蒸気などの加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱する基板熱処理装置が開示されている。この基板熱処理装置によれば、拡散装置を介して加熱用ガスが吹き付けられることで基板を加熱することができるので、基板を高速かつ均一に加熱することが開示されている。また、この装置は加熱用ガスを加熱用配管を介して加熱する加熱炉が開示され、この加熱炉は、加熱用ガスを加熱すると共にプロセスチャンバの上壁面部材等の内壁面部材を介して直接的に基板表面を熱処理することが開示されている。
【特許文献１】特許第３５０１７６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のような基板熱処理装置は、加熱された加熱用ガスがガス排出口から基板に吹き付けられる。基板と加熱用ガスの排出口との距離を長くして加熱ムラが生じないようにガスを拡散させることは、基板表面でのガスが均一に接触することが難しくなるという物理的なガス拡散の不均一化を招きやすくなり、基板表面の加熱ムラが生じてしまう場合がある。さらに、このガス拡散の不均一化は、ガス自体を基板表面に生成された生成膜と化学的に反応させる場合にガスと生成膜との化学反応の不均一化という問題を生じさせてしまう場合がある。特にこれらの傾向は水蒸気などの熱容量が大きい加熱用ガスであると大きい。したがって、ガス拡散の不均一化作用をできるだけ防止するために基板をガス排出口からできるだけ近づけることが好適である。
【０００５】
しかしながら、近づけると加熱炉からプロセスチャンバの内壁面部材を介して基板表面を加熱する度合いが大きくなる。このため、加熱される内壁面部材が均一に加熱されていることが基板表面を均一に加熱するという観点から望ましい。
【０００６】
ところが、加熱用ガスが加熱される加熱用配管は内壁面部材に熱伝導の影響を与える内壁面部材に取り付けられており、十分に加熱されていない未加熱の加熱用ガスが通過すると、この未加熱の加熱用ガスが通じた近傍にはその影響により温度低下を生じる場合があり、内壁面部材が均一に加熱されず、内壁面部材の加熱にムラが生じてしまう場合がある。
【０００７】
本発明は上記課題を少なくとも１つ解決するためになされたものであり、内壁面部材が均一に加熱されず、内壁面部材の加熱にムラが生じることをより好適に防止する基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置は、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、を含み、前記加熱用配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられ、前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に設けられる部分に前記加熱用ガスが達する前に前記加熱用ガスを前記加熱される内壁面部材と略同温度まで加熱することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理装置は、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造と、を含み、前記加熱用配管は、前記加熱用ガスが前記加熱される内壁面部材と略同温以上に加熱される加熱済配管と、前記加熱される内壁面部材よりも低温の未加熱配管とを備え、前記未加熱配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記基板加熱機構により前記加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を加熱用ガスにより熱処理する基板熱処理装置であって、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造とを含み、前記加熱配管の前記ガス排出口から加熱用ガスが加熱用配管に供給されるガス導入口へ向かって、前記加熱配管の加熱温度を高くすることを特徴とする。
【００１１】
前記加熱用配管は、加熱用ガスを導入するガス導入口から導入された加熱用ガスが加熱されガス排出口から基板表面に吹き付ける拡散装置を備えると好適である。
【００１２】
前記加熱用配管は、前記加熱される内壁面部材に沿って屈曲して形成されていると好適である。
【００１３】
前記内壁面部材は上壁面部材であると好適である。
【００１４】
前記ガス導入口と前記ガス排出口の少なくとも一つに前記加熱用ガスの温度を検出する温度検出器を備え、前記温度検出器で検出する温度が加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温以下であるか判定する温度判定装置と、前記加熱用ガスの温度が前記加熱される内壁面部材と略同温よりも小さいと判定された場合に前記加熱用ガス加熱装置を制御して、前記加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温とする温度制御装置とを含むと好適である。
【００１５】
前記拡散装置を介して前記基板に対して前記加熱用ガスが吹き付けられる上部位置および前記上部位置よりも低い前記プロセスチャンバ内の下部位置の間で、前記基板を移動させる基板昇降装置を備えると好適である。
【００１６】
前記基板に沿った形状に形成され、前記プロセスチャンバを上下方向に区画する孔あき板を備え、前記拡散装置は、前記加熱用配管を通過する際に加熱された加熱用ガスを前記孔あき板によって区画されたプロセスチャンバの上側の空間に排出し、さらに前記孔あき板の孔を通過させて、前記プロセスチャンバ内の基板表面に拡散して吹き付けると好適である。
【００１７】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理製造方法は、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、を含む基板熱処理製造装置において、前記加熱用配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられ、前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に設けられる部分に前記加熱用ガスが達する前に前記加熱用ガスを前記加熱される内壁面部材と略同温度まで加熱することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を熱処理する基板熱処理製造方法は、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造とを含む基板熱処理製造装置において、前記加熱用配管は、前記加熱用ガスが前記加熱される内壁面部材と略同温以上に加熱される加熱済配管と、前記加熱される内壁面部材とよりも低温の未加熱配管とを備え、
前記未加熱配管は、その内部の加熱用ガスの熱が前記基板加熱機構により前記加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置に配置されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプロセスチャンバ内部に設置された基板を加熱用ガスにより熱処理する基板熱処理装置であって、内壁面部材に囲まれた内部であって、前記内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置に基板が収容されるプロセスチャンバと、その内部を前記加熱用ガスが通過する際に前記加熱用ガスが加熱される加熱用配管と、前記加熱用配管はその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍に少なくともその一部が設けられる構造とを含む基板熱処理製造装置において、前記加熱配管の前記ガス排出口から加熱用ガスが加熱用配管に供給されるガス導入口へ向かって、前記加熱配管の加熱温度を高くすることを特徴とする。
【００２０】
前記加熱用配管は、加熱用ガスを導入するガス導入口から導入された加熱用ガスが加熱されガス排出口から基板表面に吹き付ける拡散装置を備えると好適である。
【００２１】
前記加熱用配管は、前記加熱される内壁面部材に沿って屈曲して形成されていると好適である。
【００２２】
前記内壁面部材は上壁面部材であると好適である。
【００２３】
前記ガス導入口と前記ガス排出口の少なくとも一つの前記加熱用ガスの温度を検出し、前記温度が加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温以下であるか判定し、前記加熱用ガスの温度が前記加熱される内壁面部材と略同温よりも小さいと判定された場合に前記加熱用ガス加熱装置を制御して、前記加熱用ガスの温度を前記加熱される内壁面部材と略同温とすると好適である。
【発明の効果】
【００２４】
内壁面部材が均一に加熱されず、内壁面部材の加熱にムラが生じることをより好適に防止する基板熱処理装置および基板熱処理製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態については、本発明を実施するための一形態に過ぎず、本発明は本実施形態によって限定されるものではない。以下、図面を用いて説明する。
【００２６】
「基板熱処理装置の全体構成」
図１には本実施形態に係る基板熱処理装置１００の縦断面構造図が示される。図２は図１のII−II線方向から見た加熱用配管の形状を示す図、図２Ａは別の態様の加熱用配管の形状を示す図である。
【００２７】
図１および図２に示すように、本実施形態の基板熱処理装置１００は、基板１を収納する石英製のプロセスチューブ２と、プロセスチューブ２の上面壁部材の上部側に取りつけられる加熱炉３と、プロセスチューブ２の上面に配置された石英製の加熱用配管４と、プロセスチューブ２の内部に設けられた二つのリング状の予備加熱炉５と、プロセスチューブ２を下方から支持するフランジ６と、基板１をプロセスチューブ２の内部で上下方向に移動させるための基板昇降機７とを備える。
【００２８】
プロセスチューブ２とフランジ６との間には、不図示のＯ−リングあるいはテトラフルオロエチレン等のシール材が介装され、これによりプロセスチューブ２とフランジ６との間の気密性が保たれる。
【００２９】
図１に示すように、プロセスチューブ２の内部は、多数の孔（経路）が形成された孔あき板２１により、図１における上下方向に区画されている。また、プロセスチューブ２の側壁には、基板を出し入れするためのドア２２と、プロセスチューブ２内のガスを排気するためのガス排気口２３および２４と、プロセスチューブ２内に基板１を冷却するための冷却用ガスを導入するための冷却用ガス導入口２５とが、それぞれ設けられている。なお、図１では、ドア２２が左右に移動することにより、プロセスチューブ２が開放された状態と、気密性を保持するように閉じられた状態とを図示している。
【００３０】
リング状の予備加熱炉５は石英製のカバー５ａにより取り囲まれ、これによりプロセスチューブ２内の汚染を防止している。
【００３１】
加熱炉３はプロセスチューブ２内の気密性を保持するようにプロセスチューブ２に対して取り付けられる。図１に示すように、加熱炉３はプロセスチューブ２の開口を覆う炉体３ａと、炉体３ａの内面側に取り付けられるヒータ３ｂとを備える。ヒータ３ｂは抵抗体からなり、抵抗体に電圧を印加することによりヒータ３ｂが加熱される。ヒータ３ｂに起因するプロセスチューブ２内部の汚染を防止するとともに、基板１を均一に加熱することを可能とするため、加熱炉３の内面側にはヒータ３ｂを覆う半透明あるいはすりガラス状の石英製のカバー３１が取り付けられている。
【００３２】
図１に示すように、基板昇降機７はプロセスチューブ２の気密性を保持しつつフランジ６に対して取りつけられている。基板昇降機７は二つの予備加熱炉５およびカバー５ａの中央に形成された開口部を貫通するアーム７１と、アーム７１を図１において上下方向に駆動するアクチュエータ７２と、アーム７１の上端部に取り付けられて基板１を支持する石英製またはカーボン製の基板ホルダ７３とを備える。基板ホルダ７３は水平に支持された適当な大きさの石英製の板７３ａに石英製のピン７３ｂを溶接した構造となっている。基板１はピン７３ｂに当接して保持される。基板ホルダ７３の大きさは、基板１のサイズとプロセスチューブ２の内側の水平断面の大きさに従って決定され、排気のコンダクタンスを調整する役目もあわせて持っている。
【００３３】
図１に示すように、孔あき板２１の上方には、孔あき板２１とプロセスチューブ２の内壁面との間に所定の間隙を有する空間２６が形成される。この空間２６の間隙（図１における上下方向の幅）は、例えば１２ｍｍ程度に設定される。間隙の大きさは１０〜１５ｍｍ程度が望ましい。
【００３４】
図２に示すように、プロセスチューブ２の上面には外周部において、複雑に屈曲して形成された加熱用配管４が取り付けられている。加熱用配管４の一端には加熱ガス排出口４ａが、他端には加熱ガス導入口４ｂが、それぞれ設けられる。図１に示すように、加熱ガス導入口４ｂは加熱炉３を縦方向に貫通する。また、ガス排出口４ａはプロセスチューブ２の隔壁を貫通して孔あき板２１とプロセスチューブ２の内壁面との間の空間２６に開口している。さらに、基板１を冷却するガスを導入するための降温用ガス導入口９が、加熱炉３およびプロセスチューブ２の隔壁を貫通して空間２６に開口している。
【００３５】
図２に示すように、ガス排出口４ａはプロセスチューブ２の中央付近に開口しているため、間隙２６の中央付近のガス圧が高くなり、中央付近のガスの噴出量が大きくなりやすい。このため、孔あき板２１の孔の径はプロセスチューブ２の中央付近で小さく、周辺部分で大きくすることにより、加熱用ガスの吹き出し量を基板１全体にわたり均一にすることができる。また、孔の径は一定に形成しつつ孔の頻度（面積当たりの数）をガスチャンバ２の周辺部分で大きくしてもよい。なお、孔の径としては０．５〜１ｍｍ程度が望ましい。
【００３６】
次に、本実施形態に係るガスチャンバの基板熱処理装置１００を用いた基板の加熱処理の手順について説明する。まず、プロセスチューブ２のドア２２を開き、基板１を基板ホルダ７３にセットする。このとき、降温用ガス導入口９よりガスが導入され（ガス流量：８０〜１００ｌ／分）、基板１をセットした後、ドア２２を閉じる。このとき基板１は、昇降機７の駆動範囲の最下点であるプロセスチューブ２内の低温部にある。図１はこのときの基板１の位置を示している。
【００３７】
次に、降温用ガス導入口９からガスを流したまま、予備加熱を行う。予備加熱は加熱炉３のヒータ３ｂと、予備加熱炉５のヒータにより行う。予備加熱終了までにヒータ３ｂの温度は設定温度（例えば８００℃）まで上昇する。
【００３８】
予備加熱終了後、昇降機７のアーム７１を駆動し、基板ホルダ７３に載置された基板１を最上点の加熱位置に移動する。図１にはこのときの基板１の位置を図示している。基板１を上昇させる間、降温用ガスの流量を減少させ、加熱用配管４を介して供給する加熱用ガスの流量を増加させて、基板１の昇温を行う。この作業は基板１が最下点から最上点に移動する間に行われる。
【００３９】
基板１が最上点に到達した後、降温用ガスの導入を停止し、加熱ガスのみを加熱用配管４を介して導入する（ガス流量：２０ｌ／分〜５０ｌ／分）。また、加熱炉３の温度を再設定し、加熱炉３のヒータ３ｂを制御することにより、基板１を所定温度（例えば７２０℃）に所定時間加熱する。加熱ガスが加熱用配管４を通過する間、加熱ガスは加熱炉３によって加熱される。空間２６に供給された加熱ガスは孔あき板２１の孔を通過するときに分散された後、基板１表面全体に当たり、基板１の表面に沿って流れることで基板１の表面を均一に加熱する。その後、ガスは基板１とプロセスチューブ２との間を通り、排気口２３および２４を介して排気される。
【００４０】
このように、基板１の表面を孔あき板２１に接近させた状態で、孔あき板２１を介して加熱用ガスを供給することにより、基板１表面でガスを攪拌することができ、基板表面の温度を均一にできるとともに、所定時間温度を一定に保持することを可能としている。
【００４１】
またこのとき、基板１の表面は加熱炉３の熱によっても直接的に加熱される。なお、ガスチャンバ２は加熱炉３から照射される光による影響を小さくとどめるとともに、光を分散するため、不透明ないし曇りガラス状の石英から構成されている。
【００４２】
以上のように、基板１の表面は加熱炉３の熱と、加熱ガスのエネルギー伝達、熱伝導により高速、かつ均一に加熱される。熱炉３のヒータ３ｂは、後述の加熱用配管４を加熱すると共に、プロセスチューブ２の上壁面部材を加熱する、加熱された上壁面部材はその熱により直接、最上点に達した基板１の表面を加熱する。
【００４３】
次に、昇降機７のアーム７１を駆動し、基板ホルダ７３に載置された基板１を最上点から最下点まで徐々に降下させながら基板１の全体を均一に降温する。このとき、加熱炉３のヒータ３ｂの設定とパワーを調整するとともに、加熱用ガスの流量を低下させ、降温用ガス導入口９より導入する降温用ガスの流量を増加させる。この作業を基板１が最下点に到達するまで行う。このとき、降温用ガスの温度を適切に（例えば４００〜５００℃に）設定することにより、基板１内の温度差を大きくすることなく、基板１を高速に降温することが可能となる。基板１にダメージを与えることなく降温を行うためには、降温用ガスの流量と昇降機７による基板１の降下速度を適切に調整することが必要である。とくに基板１がガラス基板である場合には、高温時に基板１内に大きな温度差があると、反り、歪み、あるいは割れを発生させるおそれがある。したがって、基板１内の温度差を抑制しつつ高速に温度を下げることが高温熱処理の工程で不可欠な要素となる。本実施形態の装置によれば、降温時において、降温用ガスを基板表面に均等に吹き付け、ガスを攪拌するとともに、熱源から基板１を徐々に遠ざけることができるため、このような要請に応えることが可能となる。
【００４４】
基板１が最下点に到達すると、降温用ガスおよび加熱用ガスの供給をともに停止し、冷却用ガス導入口２５よりガスを導入して、基板１を冷却する。これにより、基板ホルダ７３に載せたまま基板１をロボットにより搬送可能な温度まで冷却することができる。このとき、加熱炉３のヒータ３ｂのパワーは０としてもよい。基板１の温度が設定温度まで低下した後、ドア２２を開いて基板１を取出す。以上のサイクルを繰り返すことで、順次基板１の加熱を実行することができる。基板として、本実施形態で挙げられるようにフラットパネルデバイスなどの半導体基板等が挙げられるが特に限定されない。
【００４５】
半導体基板を加熱する加熱用ガスとしては水蒸気を含むガスが挙げられるがこれに限定されない。加熱用ガスは、水蒸気ガスに限られず窒素、酸素、アルゴンなどでもよい。ここで、水蒸気などの熱容量が大きいガス場合には半導体膜の酸化を目的とする場合、また、熱エネルギー伝達の手段を水蒸気とした場合の観点から好適である。
【００４６】
「上面壁部材の温度均一化」
＜実施形態１＞
図２には本実施形態１の加熱用ガス加熱装置２００が示される。プロセスチューブ２の上面には外周部において、複雑に屈曲して形成された加熱用配管４が取り付けられている。ここで、プロセスチューブ２の上面壁部材の外周部とは、基板１が最上点に到達した際にプロセスチューブ２の上面壁部材の下部にある基板と対応する横方向の面積対応部が内周部１ａであり、この内周部以外の部分をいう。
【００４７】
加熱用配管４は、加熱用ガスが上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管４ｃと、上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さい未加熱配管４ｄの領域の二領域に分けられる。ここで、内周部には、原則、加熱される加熱済配管４ｃのみが設けられ、内周部において未加熱配管４ｄが導入されないが、後述の温度を低下させる影響が少ない場合などは未加熱配管４ｄを導入してもよい。すなわち、未加熱配管４ｄは、前記基板加熱機構により加熱される前記プロセスチューブ２の上面壁部材の温度低下を防止するように配置される構造を設計すればよい。
【００４８】
図２の加熱用ガスが上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管４ｃと、上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さい未加熱配管４ｄの領域の二領域に分けられる配管構成とすることによって、プロセスチューブ２の上面壁部材の下部にある基板に対応する領域では、加熱用ガスが上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱され、加熱用ガスによってプロセスチューブ２の上面壁部材の温度を低下させることを防止できる。
【００４９】
図２Ａには、加熱用ガス加熱装置２００Ａが示される。図２Ａは、内周部において未加熱配管４ｄが導入される構造の加熱用配管の構造を示した。外周部には、加熱用配管４は配置されず、上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管４ｃと、上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さい未加熱配管４ｄの領域が内周部に混合して配置されている。これと対応して作用を説明する。上述の通り、基板１は加熱炉３の熱をプロセスチューブ２の上面を熱媒体とし、これを介して直接的に加熱される。ここで、熱媒体となるプロセスチューブ２の上面が未加熱の加熱用ガスによる熱伝導作用により温度低下させられると、プロセスチューブ２の上面は加熱ムラが生じることとなる。この加熱ムラにより、加熱炉３の熱をプロセスチューブ２の上面を熱媒体とし、これを介して直接的に加熱される際の加熱にもムラが生じ、基板１の表面を均一に加熱することが難しくなる場合がある。
【００５０】
図２Ａの構造では、上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管４ｃと、上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さい未加熱配管４ｄの領域が内周部に混合して配置されているので、未加熱配管４ｄの近傍は、その低温のため、プロセスチューブ２の上面壁部材の温度を他の部位と比較して低下させてしまいプロセスチューブ２の上面は加熱ムラが生じてしまう。これに対して、図２はプロセスチューブ２の上面壁部材の下部にある基板に対応する領域では、原則として加熱用ガスが上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管４ｃなので、未加熱の加熱用ガスによってプロセスチューブ２の上面壁部材の温度を低下させることを防止できる。
【００５１】
上壁面部材（内壁面部材）と略同温とは処理態様に応じて実質的に温度差がないことをいう。本実施形態では内壁面部材は例えば７００℃であるので７００℃±２０℃程度近傍であれば実質的に温度差がないということができる。
【００５２】
上記実施形態に限られることなく、基板が収容される位置とは、内壁面部材の少なくとも一部の部材が加熱されることにより直接的に基板表面が加熱される位置であればよく、本実施形態のように熱量と内壁面部材と基板表面との距離で決められる。
【００５３】
本実施形態のように内壁面部材に接合されて設けられている場合に限られず、前記加熱用配管がその内部の加熱用ガスの熱が前記加熱される内壁面部材に熱影響を与える程近傍であればよい。本実施形態のように内壁面部材に接合されて設けられている場合は特に熱の影響を与えやすいので防止することが好適である。
【００５４】
上記実施形態の条件に限られず、未加熱配管はその内部の加熱用ガスの熱が基板加熱機構により加熱される内壁面部材の温度に影響を与えない位置であればよい。
【００５５】
＜実施形態２＞
本実施形態２では、上述の図２Ａにおいても加熱用ガスによってプロセスチューブ２の上面壁部材の温度を低下させることを防止できる一態様を示す。すなわちガス導入口４ｂに加熱用ガスが導入される前に未加熱配管を設け、この未加熱配管を専用の加熱ヒータで加熱し、ガス導入口４ｂに至るときには上面壁部材の加熱温度と略同温の加熱済配管とすることである。ここで加熱用ヒータは抵抗加熱型や誘導加熱型などが挙げられ、ガス導入口直前の位置に設けられると好適である。
【００５６】
＜実施形態３＞
本実施形態３では、上述の図２Ａにおいても加熱用ガスによってプロセスチューブ２の上面壁部材の温度を低下させることを防止できる一態様を示す。上面壁部材の加熱温度と略同温以上に加熱される加熱済配管と、上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さい未加熱配管の領域が内周部に混合して配置されていても、加熱用ガス加熱装置自体の加熱の程度において、未加熱配管が配置される領域を加熱配管が加熱される温度よりも加熱する度合いを高くし、高熱で加熱することで未加熱の加熱用ガスによってプロセスチューブ２の上面壁部材の温度を低下させることを防止できる。このときに、未加熱配管の加熱度は、ガス導入口４ｂへ向かうほど大きくすると好適である。具体的はガス導入口４ｂへ向かうほど段階的に高熱化させる。加熱配管の前記ガス排出口から加熱用ガスが加熱用配管に供給されるガス導入口へ向かって、加熱配管の加熱温度を高くする加熱装置は加熱炉３において加熱配管に沿ったヒータブロックを配置するなどが挙げられる。
【００５７】
＜実施形態４＞
本実施形態４では、上述の実施形態１〜３においてさらに好適な態様を示す。それぞれのガス導入口と前記ガス排出口の少なくとも一つに温度検出器を備え、この温度検出器で検出する温度が加熱用ガスの温度を前記上面壁部材の加熱温度と略同温以下であるか判定する温度判定装置と、加熱用ガスの温度が前記上面壁部材の加熱温度と略同温よりも小さいと判定された場合に前記加熱用ガス加熱装置を制御して、前記加熱用ガスの温度を前記上面壁部材の加熱温度と略同温以上とする温度制御装置とを含む態様である。これにより加熱用ガスの温度管理を適正にできる。
【００５８】
図３には、温度検出器がガス排出口に設けられる場合の温度の検出・加熱配管加熱の工程図を示したフローチャートが示される。コンピュータにその内部に温度判定装置として機能するＣＰＵが設けられている。温度判定装置は、上面壁部材の温度を検出する温度検出器とガス排出口に設けられるガス排出口温度検出器と接続されている。
【００５９】
温度判定装置は、ガス排出口温度を検出する（Ｓ１）。また、上面壁部材の温度も検出する（Ｓ２）。次に検出されたガス排出口温度と上面壁部材の温度とを比較する（Ｓ３）。ガス排出口温度と上面壁部材の温度とを比較してその差が低温側に所定温度（ガス排出口温度が上面壁部材の温度と略同温度と言えない程低温である温度）以上である場合には（Ｓ４）、温度判定装置は、加熱装置に加熱指示する（Ｓ５）。加熱指示を受けた加熱装置はガス配管を加熱する（Ｓ６）。
【００６０】
なお、上記実施形態１〜４を組み合わせることも可能である。例えば実施形態１と実施形態２とを組み合わせ、両方の効果を得ることも可能である。上記実施形態１〜４は、組み合わせることができる最大数の組み合わせが可能である。特に好ましいのは実施形態１と２との組み合わせが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態のガスチャンバの断面図である。
【図２】本実施形態の加熱ガス用加熱装置の上面図である。
【図２Ａ】本実施形態の加熱ガス用加熱装置の上面図である。
【図３】本実施形態の基板熱処理のプロセスの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基板
２ ガスチャンバ
３ 加熱炉
４ 加熱用配管
７ 基板昇降機（基板昇降装置）
９ 降温用ガス導入口（冷却ガス供給装置）
２１ 孔あき板（拡散装置）
２６ 空間
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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